优先队列

PriorityQueue 是 Java 中的一个类，它实现了一个基于优先级的队列，允许元素按照指定的优先级进行处理。常见的应用场景包括任务调度、图的最短路径算法、合并有序数据等。以下是关于 PriorityQueue 一些常见的知识点：

1. 基本特性

• PriorityQueue 是一个无界的队列，默认情况下，它是按照自然顺序（Comparable 接口）进行排序的。如果元素是自定义对象，可以通过提供一个 Comparator 来定义排序规则。
• 它实现了 Queue 接口，因此支持常见的队列操作，例如 add(), poll(), peek() 等。
• 元素是根据优先级顺序出队的，而不是入队的顺序。

2. 构造方法

PriorityQueue 提供了多个构造函数，常见的有：

• 默认构造方法：根据元素的自然顺序进行排序。
   

  PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();

• 自定义排序规则：通过 Comparator 提供自定义排序顺序。
   

  PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder());

• 初始容量和比较器：指定初始容量和排序规则。
   

  PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(50, Comparator.naturalOrder());

3. 基本操作

• add(E e)：向队列添加元素。如果元素成功添加，返回 true，如果队列已满，则抛出异常。
• offer(E e)：向队列添加元素。如果元素添加成功，返回 true，否则返回 false（适用于有界队列的情况）。
• poll()：移除并返回队头元素，返回 null 如果队列为空。
• peek()：返回队头元素，但不移除它，返回 null 如果队列为空。
• size()：返回队列中元素的个数。
• isEmpty()：检查队列是否为空。

4. 排序

• 初始容量和比较器：指定初始容量和排序规则。

  PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(50, Comparator.naturalOrder());

• 默认情况下，PriorityQueue 使用元素的自然顺序进行排序（即元素必须实现 Comparable 接口）。例如，对于 Integer 类型，队列会按升序排列。

• PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder());

• 🤣如果要按照自定义规则排序，可以传入一个 Comparator，例如：
   

• PriorityQueue<long[]> queue = new PriorityQueue<>(((o1, o2) -> {
      if (o1[0] == o2[0]) return Long.compare(o1[1], o2[1]);
      else return Long.compare(o1[0], o2[0]);
  }));

• 这里创建了一个优先队列，用来存储每个数组元素及其对应的索引。队列中的每个元素是一个 long[] 数组，其中 o1[0] 和 o2[0] 是数组中的值，o1[1] 和 o2[1] 是对应的索引。

  排序规则是：首先按照数组元素的值进行升序排序，如果值相等，则按照索引升序排序。

5. 访问队头元素

• PriorityQueue 始终保证队头是优先级最高的元素（即最小的元素，或者最大，取决于比较器）。
• 如果使用默认的比较器，队头元素是最小的。
   

  PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();
  pq.add(3);
  pq.add(1);
  pq.add(2);
  System.out.println(pq.peek());  // 输出 1，因为 1 是最小的元素

6. 效率

• 插入操作（add()）和删除操作（poll()）的时间复杂度为 O(log n)，其中 n 是队列中元素的数量。
• 获取队头元素（peek()）的时间复杂度是 O(1)。

7. 应用场景

• 任务调度：可以用来按优先级调度任务，最小堆或最大堆可以表示任务的优先级。
• 合并有序数据：例如合并多个有序文件时，可以使用 PriorityQueue 来动态获取当前最小的元素。
• 图算法：例如 Dijkstra 最短路径算法中使用优先队列来获取当前最短路径的节点。

8. 最大堆与最小堆

• 默认情况下，PriorityQueue 是最小堆，即优先级最高的元素在队头（值最小的元素在队头）。
• 如果需要最大堆（即优先级最高的元素是值最大的），可以提供一个反向的比较器（Comparator.reverseOrder()）：
   

  PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder());

9. 线程安全

PriorityQueue 不是线程安全的。如果需要在多线程环境中使用，可以通过 Collections.synchronizedQueue 或使用 ConcurrentLinkedQueue 来保证线程安全，或者使用 PriorityBlockingQueue 来实现线程安全的优先级队列。

10. 队列的清空

• clear()：清空队列中的所有元素。
   

  pq.clear();